// 基于环形队列的生产消费模型
#pragma once
#include <iostream>
#include <vector>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

const static int defaultcap = 5;

template<class T>
class RingQueue
{
public:
    RingQueue(int cap = defaultcap)
        :_ringqueue(cap)
        ,_cap(cap)
        ,_c_step(0)
        ,_p_step(0)
    {
        sem_init(&_cdata_sem,0,0);
        sem_init(&_pspace_sem,0,_cap);

        pthread_mutex_init(&_c_mutex,nullptr);
        pthread_mutex_init(&_p_mutex,nullptr);
    }
    // 生产行为
    void Push(const T& in)
    {
        // 先申请信号量，再加锁，提高了效率，原因：
        // 1. 信号量资源是原子(操作过程不会被打断)，无需对其上锁
        // 2. 信号量申请成功后，直接获取锁，其余线程继续申请，申请成功后等待上一个线程释放锁，申请信号量成功的线程立马持有锁进入临界区执行
        // 所以形成了信号量和锁同时申请，提高了效率
        // 就像进电影院，如果是先买票，后拿票排队进站，效率会很高
        // 如果是边排队，边买票效率会很低
        P(_pspace_sem);
        Lock(_p_mutex);
        
        _ringqueue[_p_step] = in;
        // 位置后移，维持环形特征
        _p_step++;
        _p_step %= _cap;

        unLock(_p_mutex);
        V(_cdata_sem);
    }
    // 消费行为
    void Pop(T *out)
    {
        P(_cdata_sem);
        Lock(_c_mutex);

        *out = _ringqueue[_c_step];
        // 位置后移，维持环形特征
        _c_step++;
        _c_step %= _cap;

        unLock(_c_mutex);
        V(_pspace_sem);
    }
    ~RingQueue()
    {
        sem_destroy(&_cdata_sem);
        sem_destroy(&_pspace_sem);

        pthread_mutex_destroy(&_c_mutex);
        pthread_mutex_destroy(&_p_mutex);
    }
private:
    // PV操作
    // P操作：获取信号量，如果信号量的值大于0，表明有可用资源，P操作将信号量的值减1，线程可以继续执行，访问共享资源
    // 如果信号量的值为0，表明资源已被占用或没有可用资源，线程会被阻塞，进入等待队列，直到信号量的值大于0或者出现错误
    void P(sem_t &sem)
    {
        sem_wait(&sem);
    }
    // V操作：释放信号量，V操作会将信号量的值加1，如果有其它线程因等待该信号量而阻塞
    // V操作会唤醒其中一个阻塞的线程，使其进入就绪状态。
    void V(sem_t &sem)
    {
        sem_post(&sem);
    }
    void Lock(pthread_mutex_t &mutex)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
    }
    void unLock(pthread_mutex_t &mutex)
    {
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
private:
    std::vector<T> _ringqueue;
    int _cap;                   // 队列的容量

    int _c_step;                // 消费者下标
    int _p_step;                // 生产者下标

    sem_t _cdata_sem;           // 消费者关注的数据资源
    sem_t _pspace_sem;          // 生产者关注的空间资源

    pthread_mutex_t _c_mutex;
    pthread_mutex_t _p_mutex;
};